本文標題："量子理論固態(tài)物質(zhì)科研電子顯微鏡-電磁輻射技術"
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量子理論固態(tài)物質(zhì)科研電子顯微鏡-電磁輻射技術
固態(tài)物質(zhì)的能帶模型
量子理論解釋了約束電子核系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的離散能級。因此，單
獨原子、離子和分子的能級僅表現(xiàn)為離散能級，如果光子相互作用
的能級與在這些離散能態(tài)之間轉(zhuǎn)換的能量相當時，才會發(fā)生光的相
互作用。然而在固體中，原子核之間的距離很小，因此這些受束縛
的電子之間可以發(fā)生相互作用，這個問題需要采用多體系統(tǒng)替代單
體電子核系統(tǒng)的方式解決。
因此，固體的能級不再是單條線，而是變寬了。因為靠近原子
核的電子能夠很好地被附近原子核的場屏蔽掉，固體中較低能級不
能變寬，這與獨立原子核的情況相符合。量子效率和能帶結(jié)構(gòu)
電子空穴對要想有效地激發(fā)出光子，需要具有直接帶隙的半導
體，即輻射過程不需要同時存在其他光子，需要同時滿足能量和動
量的守恒。幸運的是，探測過程不需要滿足這個要求，因為基本事
件能夠按順序發(fā)生。首先，當入射光子的能量足夠大時就能將一個
電子從價帶激發(fā)到導帶，這就是所謂的垂直躍遷，即不會發(fā)生動量
轉(zhuǎn)移。隨后，激發(fā)的電子通過快速釋放一個或多個聲子(熱激發(fā))就
能移動到導帶底部，產(chǎn)生的空穴經(jīng)過類似的熱激發(fā)過程移動到價帶
頂部。
因此，直接帶隙和間接帶隙半導體都能夠有效地將能量足夠高
的入射光子轉(zhuǎn)換成電子空穴對：實際中在中間能量范圍內(nèi)，量子效
率可以接近于100％，也就是說，在此能量范圍內(nèi)幾乎所有的入射
光子都將能產(chǎn)生電子空穴對。如果入射電子的能量小于帶隙能量，
則該半導體相對于入射電磁輻射就是透明的；如果入射電子的能量
遠遠大于帶隙能量，則人射光在器件的轉(zhuǎn)換層就已被吸收，光子不
能或者很少能夠到達半導體中間并發(fā)生相互作用。因此，半導體的
光探測量子效率就會下降到光譜的紅外和紫外線部分。
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